石巧英, 郭俊連, 張艷敏

(上海日之升新技術發(fā)展有限公司, 上海 201109)

?

·研究與應用·

塑料拉伸屈服應力不確定度的評定

石巧英, 郭俊連, 張艷敏

(上海日之升新技術發(fā)展有限公司, 上海 201109)

利用微機控制電子萬能試驗機，依據(jù)《GB/T 1040.1/2—2006》測試了PP注塑樣條的拉伸屈服應力;分析了微機控制電子萬能試驗機測量拉向力，電子卡尺測量試樣寬度、厚度，以及重復測量四個因素產(chǎn)生的不確定度；計算得到樣條拉伸屈服應力的擴展不確定度為0.3 MPa。

萬能試驗機; 拉伸屈服應力; 擴展不確定度

0　前言

“中國合格評定國家認可委員會”在實驗室認可的過程中強調對實驗室設備能力的驗證，而微機控制電子萬能試驗機在塑料行業(yè)中應用非常普遍，是測試材料拉伸性能的儀器設備。對測量不確定度進行相關評定可以反映設備的準確度，提高測試結果的可比性，因此，不確定度的評定非常重要。筆者采用《塑料 拉伸性能的測定》的方法[1]，對PP注塑樣條在拉伸屈服應力測試過程中可能出現(xiàn)的四種影響因素進行了不確定度分析，計算得到了微機控制電子萬能試驗機測試PP注塑樣條拉伸屈服應力的擴展不確定度。

1　實驗

1.1測試方法

按照《塑料 拉伸性能的測定》第1部分：總則[1]測試。

按照《塑料 拉伸性能的測定》第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗條件[2]測試。

1.2試驗材料

聚丙烯 PP K 7926, 上海賽科石油化工有限責任公司。

1.3儀器和設備

注塑機UN 120SM廣東精密機械有限公司；微機控制電子萬能試驗機CMT 6104，SANS(深圳市新三思材料檢測有限公司)；電子數(shù)顯卡尺，溫州一鼎儀器制造有限公司。

1.4測試過程

稱取2 kg PP K 7926塑料粒子，混合均勻后以相同的注塑工藝，制作10根1A型樣條。在溫度(23±5)℃、濕度(50±5)%的恒溫恒濕環(huán)境下放置24 h，并對設備進行自動校準，以確保儀器狀態(tài)正常。采用50 mm/min的拉伸速率，對注塑樣條重復測量[2]。

2　數(shù)學模型

根據(jù)拉伸應力的定義：在任何給定時刻，在試樣標距長度內，每單位原始橫截面積上所受的拉伸負荷[1],可以得到如下數(shù)學模型：

(1)

式中：σ為拉伸屈服應力，MPa；F為屈服負荷，N；b為試樣寬度，mm；d為試樣厚度，mm。

3　不確定度的來源

因測試拉伸屈服應力時為恒溫恒濕環(huán)境，所以不考慮溫度和濕度因素所引起的不確定度分量。在測量中假設其它影響因素的不確定度分量對測量結果的靈敏程度相同，并假設靈敏系數(shù)[3]

按照GB/T 1040.1/2—2006測試10組拉伸樣條的拉伸屈服應力，并取其平均值。不確定度主要來源于以下4個方面，如表1所示。表1中A類評定測量不確定度一般用若干分量組成，其中一些分量可根據(jù)一系列測量值的統(tǒng)計分布，按測量不確定度的A類評定進行評定，并可用標準偏差表征；而另一些分量可根據(jù)基于經(jīng)驗或其他信息獲得的概率密度函數(shù)，按測定不確定度的B類評定，也可用標準偏差表征進行評定[3]。

表1　拉伸屈服應力測試不確定度的來源

以上四項互不關聯(lián)，根據(jù)測量不確定度傳播律，當y=p/q(乘除法)時，

(2)

將公式(2)應用于本數(shù)學模型，得

(3)

(4)

4　不確定度分量的量化

4.1測試引入的不確定度分量

4.1.1由微機控制電子萬能試驗機測試拉向力引入的不確定度分量urel(F)

根據(jù)通標標準技術服務(上海)有限公司出具的微機控制電子萬能試驗機儀器校準證書，微機控制電子萬能試驗機測試拉向力的相對擴展不確定度urel=0.3%，包含因子k=2。包含因子為擴展不確定度與不確定度之比[3]，因此，拉向力的相對標準不確定度為：

(5)

將以上數(shù)值代入式(5)，則微機控制電子萬能試驗機測試拉向力引入的相對標準不確定度為：

4.1.2由電子卡尺測量寬度引入的不確定度分量urel(b)

4.1.2.1根據(jù)通標標準技術服務(上海)有限公司出具的電子卡尺校準證書，電子卡尺的準確性引入的擴展不確定度U=0.01 mm,k=2，則電子卡尺測量寬度準確性引入的標準不確定度為

u1(b)=0.01mm/2≈0.005mm。

電子卡尺測量寬度平均值b=9.95 mm，所以電子卡尺測量寬度準確性引入的相對標準不確定度為

電子卡尺測量寬度平均值b=9.95 mm，所以電子卡尺分辨率引入的相對標準不確定度為:

電子卡尺的準確度和分辨率引起的不確定度為獨立不相關的，所以相對合成標準不確定度為：

4.1.3由電子卡尺測量厚度引入的不確定度分量urel(d)

4.1.3.1根據(jù)通標標準技術服務(上海)有限公司出具的校準證書，電子卡尺誤差引入的擴展不確定度U=0.01 mm,k=2，則電子卡尺測量厚度準確性引入的標準不確定度為：

u1(d)=0.01 mm/2≈0.005 mm。

電子卡尺測量寬度平均值d=3.99 mm，所以電子卡尺測量厚度準確性引入的相對標準不確定度為：

電子卡尺測量寬度平均值b=3.99 mm，所以由電子卡尺分辨率引入的相對標準不確定度為：

電子卡尺的準確性和分辨率引起的不確定度為獨立不相關的，所以相對合成標準不確定度為：

4.1.4由測量重復性引入的不確定度分量urel(σ)

本次試驗共測試10個數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2　十次重復測試數(shù)據(jù)表

采用貝塞爾公式計算實驗標準偏差為

(6)

根據(jù)《測量不確定度評定與表示》[3]，以算術平均值作為測量結果時，則該結果的標準不確定度為A類評定，平均值的實驗標準差為：

(7)

將公式(6)代入公式(7)，本次實驗中n=10,得到σ平均值的實驗標準差為：

所以測量重復性引入的相對不確定度為：

4.2合成標準不確定度的評定

綜上所述，不確定度分量urel(F)=0.15%，urel(b)=0.06%，urel(d)=0.10%，urel(σ)=0.31%，代入公式(4)，計算相對合成不確定度為：

ucrel=

≈0.534%。

uc=σucrel=25.3 MPa×0.534%≈0.135 MPa。

4.3擴展不確定度

擴展不確定度為合成標準不確定度與包含因子之乘積。根據(jù)測量不確定度評定指南，對一般檢測實驗室的要求[3]，在置信概率P=95%時，取包含因子k=2，所以擴展不確定度為：

U=kuc=2×0.135 MPa=0.27 MPa≈0.30 MPa。

4.4測量不確定度的測定結果

本次測量結果σ= 25.3MPa，U = 0.30MPa，k =2。

5　結語

由測量重復性、微機控制電子萬能試驗機測量拉向力、電子卡尺測量試樣寬度及厚度引入的不確定度，反映了測量重復性引入的不確定度分量貢獻最大，因此，在日常測量中，應確保樣品的重復測量次數(shù)，同時對微機控制電子萬能試驗機和電子卡尺進行校準，以確保試驗結果的準確性。

[1]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB/T 1040.1—2006 塑料 拉伸性能的測定第1部分：總則[S]. 北京：中國標準出版社出版.

[2]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB/T 1040.2—2006 塑料 拉伸性能的測定第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗條件[S]. 北京：中國標準出版社出版.

[3]中華人民共和國 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. JJF 1059.1—2012 測量不確定度評定與表示[S]. 北京：中國質檢出版社，2013：4-21.

Evaluation of the Uncertainty in Plastics Tensile Yield Stress

SHI Qiao-ying, GUO Jun-lian, ZHANG Yan-min

(Shanghai Sunny New Technology Development Co., Ltd., Shanghai 201109， China)

The tensile yield stress of polypropylene injection samples was tested by using the microcomputer control electron universal testing machine, according to the test standard GB/T 1040.2—2006. The uncertainty was analyzed by four factors, including the pulling force measured by the microcomputer control election universal testing madine, the sample width, and thickness measured by the digital caliper, and repeating measurement. The expanded uncertainty in the tensile yield stress of the polypropylene sample was calculated as 0.3 MPa.

universal testing machine; tensile yield stress; expanded uncertainty

石巧英 (1975—)，女，工程師，從事塑料原材料的質量管理及控制方法的研究。

TQ 3

A

1009-5993(2016)01-0035-04

2015-12-28)